《信號與系統》課程教學改革的探索

徐春雨，王豫峰，郭常盈，徐國清

（1.南陽理工學院計算機與信息工程學院，南陽473000；2.南陽理工學院軟件學院，南陽　473000）

《信號與系統》課程教學改革的探索

徐春雨1，王豫峰2，郭常盈1，徐國清1

（1.南陽理工學院計算機與信息工程學院，南陽473000；2.南陽理工學院軟件學院，南陽473000）

河南省科技廳科技攻關項目（No.142102210552）、南陽理工學院2011年度校級精品課程建設項目（No.NIT2011JPKC03）、南陽理工學院2014年度本科課程考核方式改革專項研究項目（No.NIT2014BKKH-01）

0　引言

《信號與系統》是通信工程本科生的一門重要的專業基礎課程。是在學習電路分析、復變函數等課程的基礎上，深入學習通信領域的重要課程，是一門理論性和實踐性都很強的課程。目前，國內許多高校都將它作為相關專業的研究生入學考試課程。信號與系統是多個學科的交叉點，它在整個通信系統的學習過程中起到了承上啟下的作用，不僅聯系了電路基礎，更加關系到通信原理和數字信號處理的學習，所以該課程對通信專業的人才培養至關重要。同時本門課程理論性很強，要求扎實的數學功底，許多學生學起來很困惑，特別是我院的部分學生基礎知識薄弱，分析問題能力一般。針對這種情況，作為本課程的任職教師，我們對教學方法進行了改進，盡量減少煩瑣的公式推導，以豐富的生活實例，增加學生的學習興趣，不僅使課堂氣氛更加活躍，而且使學生更加注重物理規律，教學效果也有了很大改善。

1　《信號與系統》課程教學改革的必要性

1.1解決教學內容多與授課時少矛盾的需要

由于國家高等學校本科教育改革的不斷推進，按照我校應用型本科的實際，本科生不僅所學的課程數目增加，而且用于專業教學的學時比例也減少了，使得本課程理論教學的學時數由原來的80學時降到52學時。而我?！缎盘柵c系統》這門課程長期采用傳統的黑板式教學，本課程中含有大量公式，在黑板上進行公式推導學生易于接受，但是需要大量的時間。隨著學時的減少，內容多，學時少的矛盾就更加突顯出來。因此，迫切需要對該課程進行教學方式改革，解決這一問題。

1.2解決課程理論性強，學生知識理解不透徹的需要

本課程以高等數學、復變函數及電路分析等為基礎，課程理論性較強，學生將大量的時間和精力花在繁雜的數學運算上，并未理解公式的真正的物理意義以及其結果在信號處理過程中的實際意義，又加上課程中多數應用性內容不可以實際動手設計、調試、分析，于是許多學生片面的認為《信號與系統》課程就是在做數學推演。因此，亟需對本課程進行教學方式改革，以期重新確立本課程真正的內涵。

1.3解決理論教學弊端，提升學生工程實踐與分析能力的需要

本課程已有非常完備的理論體系，傳統的粉筆加黑板的教學手式，更加偏重理論教學，學生的工程實踐能力和分析解決實際問題的能力欠缺。而實際上，作為一門專業基礎課，它與工程應用有著極其密切的聯系，在我們的生活周圍就存在著大量的工程案例。如何將授課的理論與實踐相結合，提高學生的分析、運用能力，也是本課程教學方式改革面臨的任務。

2　轉變教學理念

時代在發展，社會在進步，我們的教學也要與時俱進。傳統的以教師為中心、我教你學的“填鴨式”教學很容易挫傷學生的積極性，已經很難適應當今的教學。因此，教師應轉變自己的教學理念角色，確立以學生為中心的教學理念。教師應成為引導者、啟發者、輔導者、激勵者，給學生以信心，讓學生自主探索，變“要我學”為“我要學”。教師最需要做得就是告訴學生學什么、怎么學，并幫助學生解決通過自身努力而未能解決的問題。

首先，上好緒論課，讓學生在第一堂課的時候就愛上這門課。《信號與系統》緒論課中應講授信號與系統的定義、分類及特性，信號與系統的相互關系，以及信號與系統的分析方法概述。在講述的過程中，教師要結合生活中的實例，用以說明這門課程的所學與我們生活的息息相關，并且讓學生明白為什么要學這門課程。例如我們上課的鈴聲是一種信號，這個信號向我們表達的意思是“上課的時間到了！”還有我們的交通信號燈，也是一種信號，紅燈代表停，綠燈代表通行，黃燈代表暫停。而教師需要把生活化的實例提煉到理論的層次，引發學生的思考，越是接近生活的實例越能夠激發學生的積極思考。

其次，不光緒論課上需要實例，后續的課上應加入更多實例，以不斷激發學生的學習興趣。一堂成功的緒論課，可以使學生在最開始的幾周內時間對這門課保持濃厚的興趣，之后枯燥單調的理論知識、繁瑣冗長的公式推導、艱澀難懂的實驗原理會把學生的熱情逐漸耗盡。因此，教師應該在每節課都補充新鮮貼近生活的例子來活躍氣氛。而生活中和信號與系統有關的實例有很多，且很有趣。例如在描述系統這一節補充彈簧這個物理系統的例子，因為同學們在高中的時候對物理中的彈力系統都很熟悉，這個例子很易于接受；在講述離散系統時補充聲音信號提取的例子和電視信號衛星傳輸的例子等。不僅擴大了學生的知識面，也使他們更好的理解了信號與系統的基本原理和基本方法，使學生能夠快樂學習。

再次，做好每章和每節課的引導和總結?！缎盘柵c系統》這門課，常有學生反映：上課聽的懂，但習題不會做；公式很多很雜，看到題目無處著手。這不僅說明本門課理論性強，也提醒教師應增加實例講解。每個知識點著重講授一個例題，并且給出詳細的解題思路和步驟從而加深學生對內容的理解。同時，教師應該注意總結，幫學生把知識點串起來。例如講完卷積，就應該總結出求解卷積有三種基本方法：（1）基本公式法；（2）畫圖法；（3）利用卷積的性質求解。同時還應該讓學生明白三種方法分別用在什么樣的題目效果會好，計算速度會快。

3　教學方式的改革

3.1結合“慕課”、“微客”等新型教學方式

目前，手機和電腦基本上學生都有，“幕課”和“微課”等新型教學方式也紛紛引入課堂，對于信號與系統課程也是一樣的。平時的面對面講課，由于受到時間、地點、課時量等因素的影響，也許并不能滿足每一位同學的要求。所以我們在精品課程平臺上建立“幕課”，學生對于上課時沒有聽懂或者是沒有認真聽的部分可以上網繼續學習。這就給了學生自主學習的空間，也為想學習的學生提供了平臺。同時，對于難點課后系統和例題，精品課程平臺上有對應的“微課”。這一教學形式的剛剛建立，還在完善中，但是學生的反映還不錯，尤其是互動平臺上，有不少學生的留言，這一新的方式也更加受到90后學生的喜愛。

3.2分層次教學，給每個學生想要的

俗話說：“龍有九子，各個不同?！泵恳粋€學生的知識積累不同，學習程度不同，對課堂所汲取的知識要求也不盡相同，所以在教學過程中，應該注意分層次教學。同一個班級的學生一般可以分為三個層次：基礎知識扎實、理解能力強、準備考研究生的學生；準備直接走上工作崗位的學生（占大部分）；基礎相對較差的學生。在課堂教學的過程中，要以第二層次的學生為主要對象，并且重點突出與實踐相結合的部分，讓我們的課程對學生走入工作崗位有更大的幫助；而對于第一層次的學生可以通過“幕課”的方式和提供參考資料的方式為學生提供進一步深入學習的平臺，讓學生在課后想自己提高理論知識的時候少走彎路，方向明確；對于第三層次的學生主要是幫助他們設法掌握本課程的基本要求，并努力通過本課程考試。而且在留課后作業的時候也要分層次進行布置，同時在講課過程中要明確哪些內容對應哪些層次的學生必須掌握或了解。

3.3充分利用比較法教學，讓學習變簡單

《信號與系統》課程的各個章節的內容逐步推進、相輔相成。整個內容體系將連續系統與離散系統對比進行研究，按照先連續后離散的順序進行討論；并按時域、頻域、s域、z域的順序的次序劃分章節，不僅強調連續系統與離散系統的共性，同時也突出了它們各自的特點。所以在《信號與系統》的教學過程中比較法是最常用、最好用、最重要的教學方法。通過比較前后相關和相似的內容，發現并分辨兩者的異同點，讓學習變得更簡單、更容易。如第二章連續系統的卷積和第三章離散系統的卷積和放在一起進行比較講解。學生在學習了第二章卷積的內容后，比較著學習卷積和的內容，就會起到事半功倍的效果。還有傅氏變換與拉氏變換的比較；傅氏變換與z變換的比較等。在講授信號與系統課程的全過程中可以說是“比較法教學”無處不在。學生掌握了本門課程的這個特點，學習起來也會感覺干勁十足，信心百倍。

3.4反轉課堂，讓學生成為課堂真正的“主人”

我們一直都在說課堂要以學生為“主體”，可是更多的時間都是教師將知識灌輸到學生的腦子中，學生從未成為過課堂的“主人”。A．V．Oppenheim曾說過“有些課程只是讓學生不斷地點頭(nodding，nodding，…)，而我們的講課是讓學生不斷地思考(thinking，thinking，…)”［4］。如何成為課堂的“主人”？以前，每堂課的前5分鐘教師都安排的是上次課內容的回顧，現在我們嘗試著讓學生去做課堂小老師，完成著5分鐘的知識回顧，不完整的地方由教師補充。這做法不僅讓上講臺的學生更好地把握了課堂所學知識，聽講的學生也因為新鮮感而更加愿意去配合。另外，習題課的時候也是由學生將自己的做法講述出來，教師和其他同學共同聽，一起探討做題的方法。這樣的做法讓學生在課堂上更加積極，更加占據主動地位，也沒有人再敢偷懶了（因為講題的同學是隨機抽的，每個人都有可能是小老師），課堂氣氛也更加活躍了。

3.5將MATLAB引入到教學中，讓知識變的立體

《信號與系統》這門課程中含有大量的公式的推導和許多繁瑣的計算，內容也比較抽象，學生不容易理解掌握。我們嘗試將仿真軟件MATLAB引入到課堂教學中來，利用MATLAB的仿真功能，把計算結果用圖的方式立體直觀的顯示出來，不僅解決了教師授課的難題，也使得學生對授課內容的理解更加深刻。同時也調動了學生的學習積極性，使學生從繁瑣的手工計算中解脫出來，把重點放在對基本概念、原理和計算方法的理解上，收到了良好的教學效果。例如傅里葉變換的過程，計算起來很復雜，學生也不好理解，利用MATLAB很輕松就可以把圖畫出來 （如圖1是門函數的傅里葉變換），直觀形象的圖形讓學生加深了理解，也提高了學習興趣。

圖1　門函數的傅里葉變換

3.6隨堂考試改變考核格局，激發學習動力

在原本《信號與系統》課程的考核中，期末考試的成績占70%的比重，所以有很多學生忽視了平時的學習，而是在考試之前的一周進行突擊學習，為了應付考試而學習，導致了基礎理論不扎實，根基很差，在后續的課程學習中就會暴露出問題。而我們現在嘗試著分出30%的期末比重，放到平時的章節隨堂測試中。這就變相的督促學生要把功夫下在平時，基礎知識扎牢了，也不用考前熬夜突擊了，很大程度上激發了學生平時學習的積極性，也給后續課程的學習帶來便利。

4　結語

《信號與系統》是通信工程專業一門非常重要的專業基礎課，在課程教學中環節中起著承上啟下的重要作用，其教學質量的高低直接關系到學生后續課程學習。鑒于此，本文從教學理念和教學方法兩方面對該課程的教學改革進行了相關的研究和探討，本文中提到的若干教學方法已經在實際教學中經過了檢驗，初步取得較好的教學效果，還在不斷的改進和完善中。其中最大的收獲，便是學生在學習時變得更加主動，不在是單純地依賴教師的講授，而是充分發揮自己的想象力，全方位、立體化的學習。

[1]何繼愛.《信號與系統》課程教學改革與實踐[J].高等立刻教育，2007-02-28.

[2]謝啟,陳飛,朱培逸.信號與系統分析課程教學改革探索與實踐[J].中國電力教育.2014-01-10.

[3]金韋利.信號與系統教學改革的研究[J].科技信息，2011-01-15.

[4]王文淵.信號與系統[M].北京:清華大學出版社,2008.

[5]張利紅,陳伯俊.高校信號與系統教學改革探討[J].中國教育技術裝備，2009-12-25.

[6]徐春雨,王豫峰,郭常盈,徐國清.《電波理論與天線》課程教學改革的探索.現代計算機，2015-07.

MOOC;Micro Lesson;Flip the Classroom

Exploration of the Teaching Reformation of Signal and System Course

XU Chun-yu1，WANG Yu-feng2，GUO Chang-ying1，XU Guo-qing1
（1.College of Computer and Information Engineering,Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000；2.School of Software,Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000）

徐春雨（1983-），女，河北蔚人，碩士研究生，講師，研究方向為通信與嵌入式系統

王豫峰（1982-），男，山東平度人，博士研究生，講師，研究方向為智能計算

郭常盈 （1977-），女，河南南陽人，碩士研究生，講師，研究方向為光通信技術

徐國清（1986-），男，河南商丘人，博士研究生，講師，研究方向為圖像處理

2015-11-17

2015-12-26

以南陽理工學院通信工程專業《信號與系統》課程的教學改革為藍本，通過改革的必要性、教學理念和教學方法三大方面闡述該課程的教學改革。詳細介紹分層次教學、比較法教學、翻轉課堂等若干種教學方法，并重點介紹了“幕課”、“微課”等新型教學方式在《信號與系統》教學改革中的的嘗試。

幕課；微課；翻轉課堂

Takes the teaching reformation of Signal and System course in Nanyang Institute of Technology as an example,expatiates the reformation necessity,the teaching idea and teaching method.Introduces several kinds of teaching methods such as the hierarchical teaching,the comparison,the flip the classroom and so on,introduces the MOOC,micro lesson and other new teaching methods in the teaching reformation of Signal and System.